Simulační prostředí TRNSYS

Datum: 30.7.2004  |  Autor: Ing. Bořivoj Šourek (ČVUT v Praze, Fakulta strojní); Ing. Jozef Korečko (ENKI, o.p.s., sluneční oddělení)

TRNSYS (TRaNsient SYstem Simulation) je modulární program určený především pro dynamickou analýzu energetických systémů staveb. Zejména energetických bilancí budov, solárních fototermálních soustav teplovodních, teplovzdušných, fotovoltaických systémů a vzduchotechnických systémů pro větrání a teplovzdušné vytápění.

Součásti programu TRNSYS
Programový balíček TRNSYS obsahuje několik programů. Nejpoužívanější součástí je uživatelský interface IISiBat, který slouží pro vkládání a spojování jednotlivých modulů, k definování jejich parametrů a k tvorbě zdrojového souboru *.DCK. Vlastní výpočetní program TRNSYS zpracovává zdrojový soubor *.DCK a vrací do IISiBat výsledky. Program TRNSHELL umožňuje přístup k zdrojovým souborům jednotlivých modulů (psaných v jazyce Fortran) a jejich úpravu či tvorbu nových vlastních modulů. Další důležitou součástí je program PREBID, který slouží k definování tepelně technických vlastností vícezónové budovy a jejích provozních režimů. Je možné používat i další nadstavbové programy pro přípravu vstupních souborů pro PREBID. Například SimCAD pro tvorbu geometrického modelu budovy na základě *.DXF výkresu půdorysu.


Obr. 1: Posloupnost vytváření a simulace vícezónového objektu v TRNSYS-u

Tvorba energetického systému
Vlastnímu vytváření energetického systému v TRNSYS, resp. v IISiBat, by měla předcházet teoretická analýza řešeného problému, včetně nákresu reálného systému s popisy toku energií v něm. Důležitým hlediskem je také určit "detailnost" simulace. Program umožňuje nastavovat u některých modulů veškeré možné parametry, je však potřeba znát vliv jednotlivých parametrů na chování modulu a hlavně znát hodnotu těchto parametrů pro konkrétní modul a řešený příklad (např. modifikátor úhlu dopadu u kolektorů slunečního záření, závislost spotřebu el. energie u čerpadel v závislosti na průtoku apod.).
Každý prvek je charakterizovaný vstupními a výstupními veličinami. Veličiny jsou rozděleny do tří skupin. PARAMETERS - jsou veličiny, které se v průběhu simulace nemění a lze je nastavit před začátkem simulace. INPUTS - veličiny které se mohou (ale nemusí) v průběhu výpočtu měnit. OUTPUTS - výstupy z modulů, které slouží jako vstupy do dalších nebo jsou požadovaným výsledkem simulace. Výsledky simulace je možné zapsat jednak do datového souboru pro následné zpracování pomocí libovolného tabulkového procesoru a zároveň je možné online sledovat průběh simulace, resp. průběh libovolných vybraných veličin.

Prvky se vzájemně propojí tak, aby vytvořily požadovaný energetický systém pomocí vstupních (INPUTS) a výstupních (OUTPUTS) veličin (obr. 2).


Obr. 2: Příklad zapojení pro samotnou vícezónovou budovu


Obr. 3: Vícezónový objekt v IISiBat-u s energetickým systémem

Z výsledků takovéto simulace je pak možné získat velké množství informací jak o chování celého systému, tak o vlivu jednotlivých komponentů na jeho funkci a celkové energetické zisky (velikost akumulační nádoby, průtok teplonosné látky, nastavení spínacího rozdílu teplot apod.).

Výstupem simulace je také popis dynamického chování vytvořeného systému v určených časových intervalech v časovém rozmezí až jednoho roku. Například průběhy teplot a tepelných ztrát jednotlivých zón budovy, energetické bilance solárních soustav v závislosti na čase.

Tyto výsledky pak mohou sloužit nejen k optimalizaci tepelně technických vlastností celé budovy (materiálové složení jednotlivých konstrukcí i s ohledem na akumulaci), ale také k optimalizaci jednotlivých komponentů energetického systému.


Obr. 4: Příklad online grafického znázornění výsledků simulace v prostředí TRNSYS 15: Průběh
tepelných ztrát celého objektu a teploty v zimní zahradě u tří řadových rodinných domků
z obr. 3 v prvním únorovém týdnu (při nejnižších ročních venkovních teplotách)

UKÁZKY VYUŽITÍ SIMULAČNÍHO PROGRAMU TRNSYS 15

Využití programu je popsané na dvou příkladech výpočtu tepelných ztrát a zisků budov.

V prvním případě se jedná o rekonstrukci skleníkové haly a laboratorních prostor v Nových Hradech. Pomocí programu se počítaly tepelné ztráty objektu a možné energetické zisky z kolektorových polí, umístěných na jižně orientované střeše skleníkové haly. Celkový objem objektu je 4130 m3 a užitné plochy 1165 m2. Kolektorové pole má plochu 32 m2. Ze simulace vyšly maximální ztráty objektu na 35,63 kW a celoroční potřeba energie na 88,77 MWh. Z kolektorů je možné získat 34,35 MWh energie.


Obr. 5: Porovnání měsíční energetické náročnosti objektu s energií získanou z kolektorů

Druhým příkladem je simulace navrhovaného školicího střediska pro obnovitelné zdroje energie. Objekt má splňovat kritéria pro zařazení k nízkoenergetickým budovám. Energetické potřeby objektu by se při jeho provozu měly krýt, v co možná maximální míře, využíváním aktivních a pasivních solárních technologií. Aktivní solární prvky budou součástí trivalentního vytápěcího systému. Vytápěcí systém bude ještě obsahovat tepelné čerpadlo voda - voda a kotel na biomasu. Při vytváření studie objektu se bral ohled na předběžné výsledky simulace, která probíhala ve dvou fázích.

I. Fáze (vytvoření modelu objektu a optimalizace skladby stěn)
Model objektu vytvořený v programu SimCAD se načítal programem PREBID, kde se modifikují vlastnosti stěn a mění nebo doplňují parametry ovlivňující teplotní režim jednotlivých zón objektu (infiltrace, ventilace, interní energetické zisky, požadovaná teplota v zóně atd.). Těmito jednoduše prováděnými modifikacemi s možností výpočtu maximální tepelné ztráty v daném programu podle normy DIN 4701 byla optimalizována skladba použitých konstrukcí.


Obr. 6: 3D model vytvořený v programovém prostředí SimCAD

II. Fáze (vytvoření modelu objektu a optimalizace skladby stěn)
Pro detailní zjištění energetické bilance (ztrát, zisků) objektu, s ohledem na zadané podmínky tepelné pohody jednotlivých zón budovy a dynamického chování navrhovaného solárního systému v čase v závislosti na pokrytí energetických potřeb objektu, byl vytvořen simulační model v programu IISiBat, integrující tři samostatné moduly:

  • modul objektu
  • modul kolektorového systému umístěného v jižním traktu objektu
  • modul kolektorového systému umístěného v severním traktu objektu

Výsledkem simulace byl výpočet maximální tepelné ztráty objektu, určení jestli objekt splňuje kritéria podle normy ČSN 73 0540-2 pro zařazení k nízkoenergetickým budovám, celkové energetické zisky z kolektorových polí, energetická bilance ztrát a zisků a celoroční průběh teplot v zásobnících.

Nízkoenergetická budova podle požadavků normy ČSN 73 0540-2 má mít roční plošnou měrnou potřebu tepla na vytápění eA ≤ 50 [kWh/m2.a]
Roční plošná měrná potřeba tepla na vytápění celého objektu je eA = 23 [kWh/m2.a] ⇒ objekt splňuje požadavek pro zařazení k nízkoenergetickým budovám.


Obr. 7: Znázornění maximální ztráty objektu v průběhu dne


Obr. 8: Porovnání měsíční energetické náročnosti objektu s energií získanou z kolektorů


Obr. 9: Akumulování energie a její využívání v akumulačních nádržích v severním a jižním
traktu objektu v průběhu roku závislé na energetických potřebách objektu

Dynamické simulování pomáhá ověřit si v počátečních fázích projektování správnost navrhnutého konstrukčního řešení budov a technického řešení, použitých technologií na krytí energetických potřeb budov a také na základě výsledků simulace zpětně optimalizovat navrhnuté řešení.

Současný a budoucí výzkum
V současnosti probíhají práce na definování optických a energetických charakteristik střešního kolektoru SOLARGLAS 1 tak, aby bylo možné vytvořit jeho samostatný modul pro IISiBat (TRNSYS) a používat ho následně pro energetickou simulaci objektů s těmito kolektory. Určování těchto charakteristik probíhá na základě unikátního programu pro výpočet optických charakteristik aktivních a pasivních optických rastrů, který byl vyvinut přímo pro ENKI o.p.s. Následně se počítá se stejným postupem u fasádních kolektorů s lineární fresnelovou čočkou a u všech typů pasivních odrazných rastrů.

 

Hodnotit:  

Datum: 30.7.2004
Autor: Ing. Bořivoj Šourek (ČVUT v Praze, Fakulta strojní); Ing. Jozef Korečko (ENKI, o.p.s., sluneční oddělení)   všechny články autora



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (2 příspěvky, poslední 16.02.2010 13:38)


Projekty 2017

 
 

Aktuální články na ESTAV.czMalý dům poskytuje velký komfortCreative Office Awards - nová soutěž pro studenty architekturyMaketa Německého domu na náměstí v Brně nemá stavební povoleníObce kvůli suchu bojují proti plýtvání vodou, vydávají zákazy